16967

16967

ا‏رائه مدل جبري جامع براي عملكرد موتور اشتعال جرقه‏اي در حالت بار جزئي

دكتري

خودرو

شهريور ماه 1395

دكتر اميرحسن كاكايي - دكتر بهروز مشهدي

خودرو

چكيده در اين پايان‌نامه مدلي نيمه تجربي و تعميم‌پذير از عملكرد موتور در حالت پايا ارائه شده است كه ورودي آن متغيرهاي قابل كنترل موتور و شرايط محيطي (12 متغير)، و خروجي آن گشتاور توليد شده توسط موتور مي‌باشد. توسعه مدل بر اساس مشاهده و تجزيه تحليل تغيير رفتار موتور با تغيير متغيرهاي عملكردي آن انجام شده است‏. همچنين آنجا كه ممكن بوده از روابط تحليلي حاكم بر رفتار موتور نيز در مدلسازي استفاده شده است. با توجه به تعداد زياد ورودي‌ها و آزمون‌هاي لازم، مشاهده رفتار موتور در شرايط مختلف از طريق بررسي داده‌هاي حاصل از يك مدل جامع فيزيكي از موتور XU7/JPL3 انجام شده است. در قدم اول، با توجه به كثرت متغيرهاي ورودي و جهت ساده كردن فرآيند مدلسازي، مدل مربوطه به كمك روابط فيزيكي به چند زير مدل تجزيه شده و سپس هر زيرمدل به صورت جداگانه توسعه داده شده است. در ادامه مدل نهايي از تركيب اين زيرمدل‏ها ساخته شده است. در ادامه، جهت به حداقل رساندن پيچيدگي مدل پيشنهادي، به روش نظام‏مند سعي مي‏شود‏ تا از پيچيدگي آن كاسته شود. نتيجه مدلي است، با 58 ضريب مجهول، كه ضمن پوشش گستره وسيعي از فضاي عملكرد موتور، و نياز به تعداد معدودي داده جهت رگرسيون و يافتن ضرايب مجهول، دقت تخمين مناسبي نيز روي داده‏هاي جديد (ديده نشده) دارد. همچنين بنابر روابط فيزيكي موجود، مدل پيشنهادي قابل كاربرد در تخمين بازده حجمي‏موتور نيز مي‏باشد. در انتها مدل ساخته شده به كمك داده‌هاي عددي يا تجربي مربوط به گشتاور و بازده حجمي‏هفت موتور مختلف صحه‌گذاري شده است. نتايج نشان مي‏دهد كه در تمام حالات ميزان خطا در تخمين داده‏ها كمتر از %10 مي‏باشد. همچنين ميانگين خطاي آموزش و خطاي تست براي تخمين بازده حجمي‏به ترتيب %3 و %4، و براي تخمين گشتاور به ترتيب %3 و %5 مي‏باشد. نشان دادن دقت تخمين رفتار موتور در شرايط مختلف، و نيز براي موتورهاي مختلف، توسط مدل پيشنهادي گواهي است بر دقت مناسب آن در نواحي مختلف فضاي عملكرد موتور، و همچنين تعميم‏پذيري آن براي موتورهاي گوناگون. واژه‏هاي كليدي: مدلسازي نيمه تجربي، موتور اشتعال جرقه‏اي، عملكرد موتور، گشتاور، بازده حجمي

1396/01/15

1/1/1900 12:00:00 AM

ABSTRACT A semi-empirical an​d generalizable model of the engine performance is proposed in this thesis whose inputs are engine control variables an​d ambient air conditions (12 variables), an​d its output is engine torque. Model development is based on the analysis of the variations of the engine behavior with the variations of its working variables. Furthermore the physical relations governing the engine behavior are also used where possible. Regarding the large number of input variables, an​d hence the large number of the required tests, the analysis of the engine behavior in different conditions is used by applying a physical comprehensive model of XU7/JPL3 engine. In the first step, considering the large number of input variables, an​d in order to simplify the modeling process, the model is broken into several sub-models by use of physical relations, an​d each sub-model is then developed separately. The final model is produced by combining these sub-models in multiplicative manner. In the next step, in order to reduce the complexity of the proposed model, a systematic approach is used to simplify the model. The result is a model with 58 unknown coefficients that considers a large number engine working variables, needs a small amount of data for regression (determination of the unknown coefficients), an​d has good accuracy in prediction of unseen data. Furthermore, based on the physical relations, the proposed model is also applicable for prediction of the engine volumetric efficiency. Finally the proposed model is verified using the numerical an​d experimental data of seven different engines. Results show that the prediction error is below 10% in all conditions. Furthermore the mean of training an​d test errors are 3% an​d 4% for volumetric efficiency prediction, an​d 3% an​d 5% for torque prediction, respectively. The accuracy of the proposed model for prediction of different engines behavior in different conditions is a proof of the its accuracy in different regions of engine performance space, an​d also its generalizability for different engines. Keywords: Semi-empirical modeling, Spark ignition engine, Engine performance, Torque, Volumetric efficiency